【正文】 。所謂無源器件就是光纖器件在工作過程中無需外加驅動電源；而有源器件就是需要加入外加驅動單元才能正常工作的器件。 （ 12） 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 4 光纖光柵的分類 按周期長短 光纖光柵按折射率變化周期的長短可以分為兩類 （ 1） 短周期光纖光柵（ FBG，也叫反射或布喇格光柵）： 光柵周期一般為零點幾個微米，耦合發(fā)生在正向與反向傳輸?shù)哪Ｊ街g， 它的一個重要特性是將某一頻段內的光反射回去。 圖 12 均勻周期光纖光柵結構圖 圖 13 原理圖 FBG 好像一個窄帶的反光鏡，只反射一個波長而透射其余的波長。其中 涂覆層又稱被覆層，是一層高分子涂層，主要對裸光纖提供機械保護，因裸光纖的主要成分為二氧化硅，它是一種脆性易碎材料，抗彎曲性能差，韌性差，為提高光纖的微彎性能，涂覆高分子涂層。此系統(tǒng)相較于以前的系統(tǒng)具有精度高、高頻響應好等特點，為研制具有自主知識產權的新型電磁場監(jiān)測設備打下基礎。本文 提出了一種新的使用光纖光柵測電磁場的方法。 ，探索磁場測量解調系統(tǒng)的方案，并給出解決方案。利用該特性，可以來測量磁場的大小 。 指導教師簽字： 20xx 年 3月 30 日 西安郵電大學 畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 課題名稱： 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 電子工程學院 學院 光電子技術系 系（部） 光電信息工程 專業(yè) 光電 0801 班 學生姓名： 郭晶晶 學號 ： 05084031 指導教師： 葛海波 報告日期： 20xx 年 3 月 30 日 1． 本課題所涉及的問題及應用現(xiàn)狀綜述 光纖光柵是最近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一。 ———— 調研光纖光柵傳感器進行磁場測量的方法與應用 , 并學習掌握最基本的幾種解調方法。 畢 業(yè) 設 計（論 文） 題 目 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 畢業(yè)設計（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 》是本人在指導教師指導下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注；對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 ———— 探索利用光纖光柵進行磁場測量的新方法。自從 1978 年 等人首先在摻鍺光纖中采用駐波寫入法制成世界上第一只光纖光柵以來，由于它有許多獨特的優(yōu)點，因而在光纖通信中，光纖傳感等領域均有廣闊的應用前景。為了便于測量，一般采用 PDL 的峰值來測量磁場。 ，要對光的偏振，波片，光學基本解調系統(tǒng)有深刻的認識，在此基礎上，結合光纖光柵，以及溫度、應力、壓力對光纖光柵傳感 的影響，完成磁場測量解調系統(tǒng)。 光纖光柵測電磁場的解調系統(tǒng)是根據(jù)磁場與光纖光柵偏振相關損耗 （ PDL）成正比的原理，運用 1/4波片將左旋圓偏振光和右旋圓偏振光轉化為線偏振光，再根據(jù)檢測出的兩偏振光的光強計算出磁場強度 。 在本論文中全面詳細地介紹了光纖光柵傳感技術，以及基于 Bragg 光纖光柵磁場測量解調系統(tǒng)。且如將若干 根這樣 的裸光纖集束成一捆，相互間極易產生磨損，導致光纖表面損傷而影響光纖的傳輸性能。被反射的波長稱為 Bragg 波長，滿足條件： Bneff ???2 (11) 這里 錯誤 !未找到引用源。 圖 14 短周期光柵（ FBG） （ 2） 長周期光纖光柵（ LPG，也叫傳輸光柵）： 光柵周期在 m?100 以上，耦合發(fā)生在同向傳輸?shù)哪Ｊ街g，它的特性是將導波中某頻段的光耦合到包層中損耗掉而讓其他頻段的光通過。 光纖光柵傳感系統(tǒng)中的無源器件 光纖耦合器 利用連接器可以將兩端光纖連接起來，這樣可以滿足兩個器件之間的光信號的傳輸。它包括一對線偏振器，兩個偏振器的偏振面放置成 錯誤 !未找到引用源。 波分復用器 在光纖通信系統(tǒng)中采用光的頻分復用的方法來提 高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端使用解復用器（等效于光帶通濾波器）將各信號光載波分開。 自然光 普通光源中包含許許多多分子和原子，不同的原子或分子所發(fā)光波，或同一原子不同時刻所發(fā)光波，其振動方向、振幅、初始相位各不相同。 圖 22 線偏振光 上圖中線段表示光振動平行于圖面的線偏振光，點子表示光振動垂直于圖面。 若在迎光的傳播方向觀察圓 偏振光的光矢量隨時間變化是右旋的，則這種圓偏振光叫做右旋圓偏振光 ， 反之 ， 叫做左旋圓偏振光。 為兩線偏振光的振幅， ? 為兩線偏振光在 錯誤 !未找到引用源。 當 ?? )2 12( ?? k 錯誤 !未找到引用源。 當線偏振光垂直射入一塊表面平行于光軸的晶片時，若其振動面與晶片的光軸成 a 角，該線偏振光將分為 e 光、 o 光兩部分，它們的傳播方向一致，但在晶體中傳播速度不同，因而產生光程差 ： 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 11 錯誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 26） 其中， 錯誤 !未找到引用源。 為左旋圓偏振光的能量 透射系數(shù)。 ：有效折射率； 錯誤 !未找到引用源。 （ 211） 這兩個布拉格波長之間的間距則為： ??? )/(2, ???? VBRBLB （ 212） 通過上面的分析可知，磁場的改變將會影響左旋和右旋圓偏振光的透射系數(shù)，左旋和右旋圓偏振光分別有一個透射譜。在測量的磁場動態(tài)范圍內，L? 、 錯誤 !未找到引用源。 根據(jù)以上結論可知對于長度為 50mm的光柵，磁場改變量為 1000Gs 時 ,兩波長間距改變量為 ,可近似認為不變。迎著光傳播方向看，出射光的旋轉方向為順時針，出射光為右旋圓偏振光；出射光的旋轉方向為逆時針，出射光為左旋圓偏振光。 ，方程 為 ： 錯誤 !未找到引用源。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 18 3 解調 系統(tǒng) 的 設計 解調可行性分析 磁場變化對 PDL 譜的影響 由 節(jié)的結論可得出：如果磁場在 0～ 錯誤 !未找到引用源。 圖 31 圓偏振光通過 1/4 波片轉變?yōu)榫€偏振光 若非對應波長的波片，則轉化為橢圓偏振光。根據(jù)菲涅耳理論，一束線偏振光可分解成頻率相同、振幅相同、旋轉方向相反的圓偏振光。 。 解調算法 如圖 32 所示，光功率計 1 出射光功率為 錯誤 !未找到引用源。 圖 33 左旋和右旋圓偏振光的透射能量系數(shù)與 PDL 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 21 （ 2） 如圖 32， 起偏器 1 出射光，此時左旋與右旋圓偏振光重合在一起。 對 PDL 譜峰值對應波長的計算可能會存在誤差，由圖 1 可看出，譜線頂端很尖銳?；谝陨系膶W習我初步了解了光纖光柵的發(fā)展歷史，光纖光柵在我們的生活的各個領域扮演者及其重要的角色，得到廣泛的應用。她 待人熱忱，知識淵博，治學嚴謹，時刻關心著我的畢業(yè)設計進程，及時糾正我存在的問題，使我少走了不少彎路，并為我搜集了大量的參考資料，在此，我對您的教導和幫助表示由衷的敬意和感謝！ 其次是要感謝對我的畢設給予過幫助和建議的程亞嬌、張力同學，感謝學長李慧博。學?？梢怨颊撐模ㄔO計）的全部或部分內容。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 27 注 意 事 項 （論文）的內容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 25 參考文獻 （ 1）趙勇，光纖光柵傳感技術 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 20xx. （ 2） KERSEY A D, MARRONE M J. Fiber Bragg Grating HighMagicField Probe[A].Proc. SPIC, Tenth International Conference on Optical Fiber Sensors, 1994, 2360(9):5356. （ 3） 彭暉，蘇洋，李玉權 ， 等 .基于光纖光柵磁場測量新方法 [J].光學學報 .20xx,28(9):17171722. （ 4） 蘇洋．基于光學傳感的脈沖磁場測量方法關鍵技術研究 [D]．南京：中國人民解放軍理工大學通信工程學院博士論文， 20xx （ 5） 董暉．單模光纖中偏振效應 —— 雙折射、偏振相關損耗和偏振模傳感器的測量影響。光纖作為光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分發(fā)揮了重要作用，是通信的基礎。 器件本身存在損耗，偏振分束器不能做到無損分束。 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 1 . 5 5 7 1x 1 0600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8波長 ? / n m反射能量譜 圖 34 Bragg 光纖光柵 1 能量反射譜 （ 2）溫度變化下的反射能量譜 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 1 . 5 5 7 2 1 . 5 5 7 3 1 . 5 5 7 4x 1 0600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8波長 ? /m反射能量譜 圖 35 不同溫度下的 Bragg 光纖光柵反射能量譜 如圖 35，從左往右分別為溫度在 0 度、 10 度、 20 度下的光纖光柵能量反射譜 。 ，則 錯誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 光纖光柵結構也與偏振相關損耗（ PDL）也有密切關 錯誤 !未找到引用源。 線偏振光分離的方法 偏振分束 器 是利用晶體中光的折射率和光的電矢量振動方向有關的原理把偏振方向相互垂直的兩束光分開。若使用寬譜光源，則經(jīng)光纖光柵所有反射光經(jīng)波片后轉化為線偏振光與橢圓偏振光。利用該特性，可以來測量磁場的大小。根據(jù)公 錯誤 !未找到引用源。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調系統(tǒng)的研究 16 （ 218） 若 錯誤 !未找到 引用源。 ： 錯誤 !未找到引用源。在這些合理的近似條件下，由 式 214 可見，以 dB 表示的 PDL 值與磁場成正比。本文中不采用直接測量布拉格波長漂移來測量磁場，而將其轉換為測量光柵的 PDL 來檢測磁場的大小。 ：布喇格波長； 根據(jù)模耦合理論可知，光纖 Bragg 光柵 (FBG)的中心反射波長 錯誤 !未找到引用源。 從而得到左旋和右旋圓偏振光的能量透射系數(shù)為： )(c o s h)(s i n h)()( )(22)()(22)(